Recent Mycobacterium tuberculosis infection confers a predisposition to the development of tuberculosis disease, the leading killer among global infectious diseases. H4:IC31, a candidate subunit vaccine, has shown protection against tuberculosis disease in preclinical models, and observational studies have indicated that primary bacille Calmette–Guérin (BCG) vaccination may offer partial protection against infection.

Results of an earlier analysis of a trial of the M72/AS01E candidate vaccine against Mycobacterium tuberculosis showed that in infected adults, the vaccine provided 54.0% protection against active pulmonary tuberculosis disease, without evident safety concerns. We now report the results of the 3-year final analysis of efficacy, safety, and immunogenicity.

A vaccine to interrupt the transmission of tuberculosis is needed.We conducted a randomized, double-blind, placebo-controlled, phase 2b trial of the M72/AS01E tuberculosis vaccine in Kenya, South Africa, and Zambia. Human immunodeficiency virus (HIV)-negative adults 18 to 50 years of age with latent M. tuberculosis infection (by interferon-γ release assay) were randomly assigned (in a 1:1 ratio) to receive two doses of either M72/AS01E or placebo intramuscularly 1 month apart. Most participants had previously received the bacille Calmette-Guérin vaccine. We assessed the safety of M72/AS01E and its efficacy against progression to bacteriologically confirmed active pulmonary tuberculosis disease. Clinical suspicion of tuberculosis was confirmed with sputum by means of a polymerase-chain-reaction test, mycobacterial culture, or both.We report the primary analysis (conducted after a mean of 2.3 years of follow-up) of the ongoing trial. A total of 1786 participants received M72/AS01E and 1787 received placebo, and 1623 and 1660 participants in the respective groups were included in the according-to-protocol efficacy cohort. A total of 10 participants in the M72/AS01E group met the primary case definition (bacteriologically confirmed active pulmonary tuberculosis, with confirmation before treatment), as compared with 22 participants in the placebo group (incidence, 0.3 cases vs. 0.6 cases per 100 person-years). The vaccine efficacy was 54.0% (90% confidence interval [CI], 13.9 to 75.4; 95% CI, 2.9 to 78.2; P=0.04). Results for the total vaccinated efficacy cohort were similar (vaccine efficacy, 57.0%; 90% CI, 19.9 to 76.9; 95% CI, 9.7 to 79.5; P=0.03). There were more unsolicited reports of adverse events in the M72/AS01E group (67.4%) than in the placebo group (45.4%) within 30 days after injection, with the difference attributed mainly to injection-site reactions and influenza-like symptoms. Serious adverse events, potential immune-mediated diseases, and deaths occurred with similar frequencies in the two groups.M72/AS01E provided 54.0% protection for M. tuberculosis-infected adults against active pulmonary tuberculosis disease, without evident safety concerns. (Funded by GlaxoSmithKline Biologicals and Aeras; ClinicalTrials.gov number, NCT01755598 .).

Variations in DNA methylation patterns in human tissues have been linked to various environmental exposures and infections. Here, we identified the DNA methylation signatures associated with multiple exposures in nine major immune cell types derived from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) at single-cell resolution. We performed methylome sequencing on 111,180 immune cells obtained from 112 individuals who were exposed to different viruses, bacteria, or chemicals. Our analysis revealed 790,662 differentially methylated regions (DMRs) associated with these exposures, which are mostly individual CpG sites. Additionally, we integrated methylation and ATAC-seq data from same samples and found strong correlations between the two modalities. However, the epigenomic remodeling in these two modalities are complementary. Finally, we identified the minimum set of DMRs that can predict exposures. Overall, our study provides the first comprehensive dataset of single immune cell methylation profiles, along with unique methylation biomarkers for various biological and chemical exposures.

The outcome of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection and the immunological response to the Bacille Calmette Guerin (BCG) vaccine are highly variable in humans. Deciphering the relative importance of host genetics, environment, and vaccine preparation on BCG efficacy has proven difficult in natural populations. We developed a model system that captures the breadth of immunological responses observed in outbred individuals, which can be used to understand the contribution of host genetics to vaccine efficacy. This system employs a panel of highly-diverse inbred mouse strains, consisting of the founders and recombinant progeny of the Collaborative Cross. Unlike natural populations, the structure of this panel allows the serial evaluation of genetically-identical individuals and quantification of genotype-specific effects of interventions such as vaccination. When analyzed in the aggregate, our panel resembled natural populations in several important respects; the animals displayed a broad range of Mtb susceptibility, varied in their immunological response to infection, and were not durably protected by BCG vaccination. However, when analyzed at the genotype level, we found that these phenotypic differences were heritable. Mtb susceptibility varied between lines, from extreme sensitivity to progressive Mtb clearance. Similarly, only a minority of the genotypes was protected by vaccination. BCG efficacy was genetically separable from susceptibility, and the lack of efficacy in the aggregate analysis was driven by nonresponsive lines that mounted a qualitatively distinct response to infection. These observations support an important role for host genetic diversity in determining BCG efficacy, and provide a new resource to rationally develop more broadly efficacious vaccines.

Immune activation is associated with increased risk of tuberculosis (TB) disease in infants. We performed a case-control analysis to identify drivers of immune activation and disease risk. Among 49 infants who developed TB disease over the first two years of life, and 129 matched controls who remained healthy, we found the cytomegalovirus (CMV) stimulated IFN-γ response at age 4-6 months to be associated with CD8+ T-cell activation (Spearman’s rho, p=6×10−8). A CMV specific IFN-γ response was also associated with increased risk of developing TB disease (Conditional Logistic Regression, p=0.043, OR 2.2, 95% CI 1.02-4.83), and shorter time to TB diagnosis (Log Rank Mantel-Cox p=0.037). CMV positive infants who developed TB disease had lower expression of natural killer cell associated gene signatures and a lower frequency of CD3-CD4-CD8-lymphocytes. We identified transcriptional signatures predictive of risk of TB disease among CMV ELISpot positive (AUROC 0.98, accuracy 92.57%) and negative (AUROC 0.9, accuracy 79.3%) infants; the CMV negative signature validated in an independent infant study (AUROC 0.71, accuracy 63.9%). Understanding and controlling the microbial drivers of T cell activation, such as CMV, could guide new strategies for prevention of TB disease in infants.